大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)問題綜述

計(jì)海明

摘要：改革開放以后，我國提出了可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展觀念，受可持續(xù)發(fā)展觀念的影響，許多自然資源被運(yùn)用到電力的供應(yīng)方面，并且風(fēng)力資源被大量運(yùn)用。繼電保護(hù)是整個(gè)電力網(wǎng)的首要防線，一旦電網(wǎng)運(yùn)作出現(xiàn)狀況，繼電保護(hù)就會(huì)首先發(fā)揮其保護(hù)作用。本文主要研究分析大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)問題，以及解決這些問題的具體措施和對(duì)策。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模;風(fēng)電接入;繼電保護(hù);問題

繼電保護(hù)位于電網(wǎng)保護(hù)的首位，他能夠在電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)快速的隔離故障，并對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行有效保護(hù)，確保同一故障不會(huì)再次發(fā)生，并保障電路從新正常運(yùn)行。我國的繼電保護(hù)問題主要存在于三個(gè)方面，其一，風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)的故障特征分析;其二，風(fēng)電場(chǎng)集電線路及網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)問題;其三，大規(guī)模風(fēng)電接入輸電網(wǎng)的繼電保護(hù)問題。

1 風(fēng)電基地繼電保護(hù)配置

1.1風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)配置

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主要包括高頻或者是低頻的保護(hù)、電網(wǎng)故障保護(hù)等。當(dāng)其中的保護(hù)裝置開始運(yùn)行之后，就會(huì)發(fā)出動(dòng)作的信號(hào)，然后依據(jù)故障自身所具有的性質(zhì)來將故障進(jìn)行切除;同時(shí)，將故障部位從發(fā)電機(jī)組中退出來。

1.2風(fēng)電短路特性

在對(duì)電網(wǎng)的側(cè)故障進(jìn)行詳細(xì)分析之后可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)中的側(cè)故障電流所具有的特性和常規(guī)放電機(jī)組所具有的特性是不同的。某風(fēng)電機(jī)組中使用的機(jī)組有部分是鼠籠機(jī)，此種機(jī)組具有定速的特性，在基地不斷建設(shè)的過程中，使用鼠籠機(jī)的數(shù)量逐漸地減少，此種情況下，雙饋機(jī)以及直驅(qū)機(jī)所占比重逐漸提高，其中使用數(shù)量最多的是雙饋機(jī)組。雙饋機(jī)組可以充分地利用變頻器，以此來實(shí)現(xiàn)電機(jī)交流的目標(biāo)，而其中的變頻器只能進(jìn)行供給裝差，這樣就可以大大降低容量需求，發(fā)電系統(tǒng)可以按照風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速來對(duì)調(diào)節(jié)電流的頻率，達(dá)到恒頻輸出的目標(biāo)，對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行改變之后，其幅值會(huì)發(fā)生變化，影響到發(fā)電機(jī)的有功調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)電發(fā)生短路故障的時(shí)候，其中的電流會(huì)發(fā)生變化，并且根據(jù)規(guī)律來進(jìn)行遞減，在最后，故障會(huì)變成穩(wěn)態(tài)短路，在這個(gè)時(shí)候，雙饋機(jī)組可以暫時(shí)為風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行提供電流。

2大規(guī)模風(fēng)電生產(chǎn)問題概述

該風(fēng)力發(fā)電廠位于我國北方某地區(qū)，其風(fēng)力發(fā)電規(guī)模大，是當(dāng)?shù)仉娏ιa(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，但與此同時(shí)，該風(fēng)電場(chǎng)的電氣設(shè)備故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了風(fēng)電生產(chǎn)的安全性。總體而言，該風(fēng)電場(chǎng)主要存在以下幾點(diǎn)問題。

2.1目前該風(fēng)電場(chǎng)的35 kV集電系統(tǒng)均為不接地系統(tǒng)，允許待單相接地運(yùn)行1～2 h。從應(yīng)用來看，這種接地方式源于配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適用于接地電流小的架空線路，難以有效滿足電纜與架空線路混合的發(fā)電系統(tǒng)連接方式。由于這種接地方式難以滿足小電流選線裝置的性能，也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)小電流選線裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的單相接地隱患，會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)而言，小電流選線裝置動(dòng)作率低是一個(gè)“老問題”，這種背景下，故障線路與非接地電路僅能通過微弱的電容電流，難以選定發(fā)生接地的線路，嚴(yán)重影響了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)接地故障的查找與修復(fù)能力。

2.2目前，風(fēng)電場(chǎng)使用的風(fēng)電機(jī)組主要為鼠籠型異步發(fā)電機(jī)與雙饋型異步發(fā)電機(jī)組，兩者的主要區(qū)別十分明顯，其中，在鼠籠型異步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)時(shí)，釋放的有功功率需要電網(wǎng)中的無功功率來保證勵(lì)磁效果。另一方面，由于雙饋風(fēng)電機(jī)主要為繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)，其突出特征就是轉(zhuǎn)子側(cè)為三相對(duì)稱繞組，在設(shè)備運(yùn)行過程中，主要經(jīng)背靠背的脈寬調(diào)制雙向電壓源變流器與電網(wǎng)相連，以提供交流勵(lì)磁。目前，該風(fēng)電場(chǎng)的鼠籠型異步發(fā)電機(jī)缺乏必要的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，不能為風(fēng)電機(jī)組提供勵(lì)磁，導(dǎo)致一旦出現(xiàn)短路故障后，所提供的電流快速下降，無法向電網(wǎng)提供穩(wěn)定電流。而雙饋風(fēng)電機(jī)組的短路在同樣的故障情況下，其短路電流的瞬間輸出值明顯小于鼠籠型異步發(fā)電機(jī)，但其提供的電流更為穩(wěn)定。

2.3風(fēng)電場(chǎng)的常規(guī)保護(hù)效果良好，尤其體現(xiàn)在縱差性能優(yōu)異方面，但由于波動(dòng)性能源并網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致大量電子元件的應(yīng)用方式發(fā)生變化，降低了原系統(tǒng)的靈敏度。

究其原因主要為：風(fēng)電并網(wǎng)后受到控制系統(tǒng)條件、弱饋等多種因素影響，導(dǎo)致原有的故障分量提取方法、疊加原理等不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)要求，并且原有結(jié)構(gòu)中的選相單元、距離等也受到影響，最終導(dǎo)致該問題的發(fā)生。

3大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)策略分析

電力系統(tǒng)為保證接納大規(guī)模風(fēng)電，落實(shí)電網(wǎng)運(yùn)行的安全管理?xiàng)l例，在管理工作中主要從設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，其在操作過程中重點(diǎn)開展以下工作。

3.1分析重合閘方案

考慮到該地區(qū)電網(wǎng)（尤其是并網(wǎng)線路）的重合閘對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響十分明顯，因此，在制定繼電保護(hù)策略中，要重點(diǎn)分析重合閘方案。從該風(fēng)電場(chǎng)對(duì)故障位置、故障電阻的不確定性而導(dǎo)致的故障電壓參數(shù)來看，由于故障電壓不同，導(dǎo)致即使電壓在小于20%的額定電壓時(shí)，風(fēng)電機(jī)組保持著LVRT功能也會(huì)出現(xiàn)全部跳閘情況。

3.2充分考慮風(fēng)電場(chǎng)故障的特征與保護(hù)配置

風(fēng)電場(chǎng)35 kV集電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式不利于保證風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行安全，因此需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制。同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)有1條35 kV集電線路的電流小于10 MW，并且不會(huì)直接影響用戶，對(duì)電網(wǎng)的影響較小。因此，在故障切除過程中，要按照防止故障擴(kuò)大的原則選擇機(jī)電系統(tǒng)接地方式;對(duì)于新建風(fēng)電場(chǎng)，需要采用電阻接地方式，并根據(jù)具體的生產(chǎn)環(huán)境完善相應(yīng)的接地故障保護(hù)措施。另一方面，若風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)不接地，需要配置相跳閘功能小電流接地裝置，確保能在單相接地后快速切除故障，若經(jīng)過上述處理后沒有成功，則需要跳開主變低壓側(cè)開關(guān)隔離故障，以降低故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

3.3做好風(fēng)電及其并網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)與故障管理要求

風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控室設(shè)置有相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，包括故障錄波裝置、相能測(cè)量系統(tǒng)等，用于記錄風(fēng)電系統(tǒng)主要電器數(shù)據(jù)，明確電網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)、保護(hù)動(dòng)作等。最后，為保證系統(tǒng)功能分析結(jié)果，該風(fēng)電場(chǎng)在管理中主要結(jié)合全場(chǎng)機(jī)組主要設(shè)備的型號(hào)、低電壓穿越功能投退狀態(tài)等參數(shù)，保證系統(tǒng)能快速獲取繼電保護(hù)工作中的各種狀態(tài)，為后期的繼電保護(hù)管理提供大量數(shù)據(jù)，這對(duì)保證系統(tǒng)安全性的意義重大。

結(jié)束語

我國大規(guī)模風(fēng)電基地在實(shí)際運(yùn)行過程中所遇到的問題，及時(shí)警醒了我們，使我們可以清醒的認(rèn)識(shí)到大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響。面對(duì)此種情況，在堅(jiān)定不移使用大規(guī)模風(fēng)電的過程中，應(yīng)該根據(jù)我國的氣候條件和實(shí)際的發(fā)展情況，大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)定的發(fā)展風(fēng)電。同時(shí)，應(yīng)該總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入地分析，并尋找出有效的解決措施解決問題，降低大規(guī)模風(fēng)電對(duì)繼電保護(hù)的影響，在實(shí)現(xiàn)當(dāng)前社會(huì)對(duì)電能需求的同時(shí)節(jié)約能源。

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